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金属加工基本原理

2024-10-01

  能量约有98%~99%转换为切削热。  切削塑性金属时,切削热主要来自剪切区的变形

  切屑的形成过程及变形区的划分  塑性金属切削过程是切削层金属在刀具前刀面的

   第Ⅰ变形区。从OA线开始发生塑性变形,到OM 线晶粒的剪切滑移基本完成。

   第Ⅱ变形区。切屑沿前刀面排出时进一步受到前 刀面的挤压和摩擦,使靠近前刀面处金属纤维化, 基本上和前刀面相平行。

  2. 后角(  0) 作用: 减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力。

  2.切削热的传导途径 ① 通过工件传走,使工件温度升高; ② 通过切屑传走,使切屑温度升高; ③ 通过刀具传走,使刀具温度升高; ④ 通过周围介质传走。

   由于钛合金材料化学活性高,与刀具材料的 亲和力强,在切削过程中,刀具的前刀面和后 刀面都粘结大量的钛合金材料,随着切屑、 工件材料与刀具之间的不断相对运动,刀具 材料的某些晶粒会粘结到切屑和工件材料 中,被切屑和工件材料带走,造成刀具前后刀 面严重的粘结磨损

   切削热直接影响刀具的磨损和耐用度,限制切削 速度的提高,影响工件加工精度和表面质量。

  ① 影响切削刃的锋利程度; ②影响切屑流出方向; ③影响刀头强度和散热条件; ④影响切削力的大小和方向。

  选择: 精加工:取 正(S ) 粗加工:可取零或负( S =0、- S )

  它们就会在固态下互相扩到对方中去,引起摩擦 面两侧刀具和工件材料化学成分的改变,使刀具 材料性能下降,从而造成刀具磨损。

  中的硫、氯等某些周围介质之间起化学作用,在 刀具表面形成一层较软的化合物,从而使刀具表 面层硬度下降。

  刀具材料应具备的性能 ① 足够的硬度和耐磨性 ② 足够的强度和韧性 ③ 高的耐热性及化学稳定性 ④ 良好的导热性和耐热冲击性能 ⑤ 良好的工艺性能

   常用刀具材料可分为工具钢(包括碳素工具钢、 合金工具钢)、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚 石、立方氮化硼等。

   工件表面、切屑底面与前后刀面之间,存在着很大 的压力和强烈的摩擦,形成新鲜表面的接触,在足 够大的压力和温度的作用下发生冷焊粘结。

   当切削温度超过了相变温度时,刀具材料的金相组 织发生转变,硬度显著下降,从而使刀具迅速磨损。

  阻滞在前刀面上的积屑瘤有使刀具实际前角增大的 作用。 (2)使切削厚度变化 积屑瘤前端超过了切削刃,使切削厚度增大。 (3)使加工表面粗糙度增大

   积屑瘤伸出切削刃之外的部分高低不平,形 状也不规则,使加工表面粗糙度增大;

  出一个月牙洼。 (2)后刀面磨损  工件的新鲜加工表面与刀具后刀面接触,并相互

  (3)边界磨损 在主切削刃靠近待加工 表面处以及副切削刃靠 近刀尖处的后刀面上, 磨出较深的沟纹。

   由于切屑或工件表面经常含有一些硬度极高的微小 的硬质点以及积屑瘤碎片等,它们不断滑擦前后刀 面,在刀具表面划出沟纹,这就是磨料磨损。

  1. 前角(0) 作用:① 减小切屑的变形; ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。

  1.积屑瘤的形成及原因  切削时,切屑底层金属与前刀面接触处发生强 烈摩擦,当接触面达到一定温度,同时又高压 力时,被切材料会粘结(冷焊)在前刀面上。  连续流动的切屑从粘在前刀面上的底层金属上 流过时,如果温度与压力适当,切屑底部材料 也会被阻滞在已经“冷焊”在前刀面上的金属 层上,粘成一体,使粘结层逐步长大,形成积 屑瘤。

   第Ⅲ变形区。已加工表面受到切削刃钝圆部分与 后刀面的挤压和摩擦,产生变形与回弹,造成纤 维化和加工硬化。这一部分的变形也是比较密集 的。

   这三个变形区汇集在切削刃附近,此处的应力比 较集中而复杂,金属的被切削层就在此处与工件 本体分离,大部分变成切屑,很小一部分留在已 加工表面上。

  沿滑移线的剪切变形, 从金属晶体结构的角 度来看,就是沿晶格 中晶面的滑移。 当受到切应力时,晶 粒伸长,其方向与滑 移方向即剪切面方向 是不重合的,它们成 一夹角

  。

   积屑瘤的产生及其成长与工件材料的性质、切削 区的温度分布和压力分布有关;

  硬质合金的分类:  K类(相当于我国YG类)硬质合金由WC和Co组成,

  也称钨钴类硬质合金。  P类开云网址 kaiyun官方入口(相当于我国YT类)硬质合金由WC、TiC和Co

  组成,也称钨钛钴类硬质合金。  M类(相当于我国YW类)硬质合金是在WC、TiC、

   应用:各种形状复杂的刀具。如钻头、铣刀、拉刀、 齿轮刀具和其他成形刀具。

   正交平面:通过主切削刃上的某一点,与主切削刃在基面 上的投影垂直的平面

   粘在前刀面上的积屑瘤,可以替代刀刃切削,有 减小刀具磨损,提高刀具寿命的作用;

   但如果积屑瘤从刀具前刀面上频繁脱落,可能会 把前刀面上刀具材料颗粒拽去,反而使刀具寿命 下降。

  ① 选择合适切削速度,避开产生积屑瘤的中速区域。 ② 使用润滑性能好的切削液,减小切屑底层材料与刀

  具前刀面间的摩擦。 ③ 增大刀具前角,减小刀具前刀面与切屑之间的压力。 ④ 适当提高工件材料硬度,减小加工硬化倾向。

  ① 克服切削层金属、切屑和工件表面金属的弹性变 形和塑性变形所产生的抗力。

   刀具材料的导热系数高,则由刀具传走的热量也 越多,可以降低切削区温度。

   脆性金属在切削时塑性变形很小,切屑呈崩碎状, 与前刀面的摩擦较小,所以切削温度较低。 例如切削灰铸铁时的切削温度,比切削45钢时低 20%~30%。

  减小kr:当ap、f 不变时, 则 bD、 hD — 使切削条件得到改善,提高了刀具寿命。

   碳素工具钢(如T10A、T12A)与合金工具钢 (如9SiCr、CrWMn)因其耐热性差,通常只用 于手工工具和一些简单的切削速度较低的刀具, 如手动丝锥、锉刀、锯条、铰刀等。

   高速钢是富含钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)开云网址 kaiyun官方入口等合 金元素的高合金工具钢,如W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2Al等。在工厂中常称为白钢或锋钢。

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